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文档简介

一、工作简况

(一)任务来源

近年来,可燃物质自燃导致的火灾爆炸事故呈上升趋势,如

“8.2”中荣铝粉爆炸事故,以铝粉受潮发生自热反应达到粉尘云

引燃温度判定为起始引火源。欧盟标准EN1127也把粉尘自燃作为

重要的事故引火源之一,这种自燃高温不仅可以导致爆炸性环境

被点燃,也可能引发阴燃或燃烧。从火灾年鉴统计数据来看,2006

年至2015年起火原因统计自燃起火发生56507起,占起火原因总

数的3.0%;英国HSE机构1979至1988年的粉尘爆炸事故统计数

据,自燃导致起火爆炸的占16.8%。德国联邦技术物理研究所(PTB)

重点研究可燃气体/粉尘在机械摩擦火花、粉尘焖烧团块等非电气

火花作用下着火敏感性特性;英国HSL实验室研究了自发热着火

物质对可燃气体/粉尘等爆炸危险环境的点火能量及其火源自身

特性。

堆积可燃粉尘自燃温度测定方法能够表征可燃粉尘的自燃特

性,实验测定粉尘自燃温度与粉尘堆积时间长短、体积大小、形状

差异等影响因素关系,有助于预防和消除粉尘自燃引火源。同时,

也补充和完善了我国可燃粉尘燃爆参数测定方法体系。

2018年12月国家标准化管理委员会下达了国家标准《堆积粉

尘自燃温度测定方法》立项通知(国标委发[2018]83号),编号

为20184831-T-450。本标准由全国安全生产标准化技术委员会粉

尘防爆分技术委员会(SAC/TC288/SC5)归口,主编单位为应急管

理部天津消防研究所,主要参编单位为东北大学、中国安全生产科

学研究院、天津理工大学、中钢集团武汉安全环保研究院有限公

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司、上海化工研究院有限公司。

(二)主编参编单位情况

本标准主要起草单位为应急管理部天津消防研究所、东北大

学工业爆炸及防护研究所、中国安全生产科学研究院、天津理工大

学、中钢集团武汉安全环保研究院有限公司、上海化工研究院有限

公司等,涉及科研院所2家、高等院校2家和2家检测测试及用

户企业,均为国内从事粉尘爆炸研发和技术应用的权威企事业单

位,具有广泛的代表性。

1.主编单位概况

应急管理部天津消防研究所是应急管理部直属从事消防科学

技术研究的综合性专业研究机构,是在国内消防科研领域处于领

军地位、在国际消防界拥有较高知名度较大影响力的现代化综合

性消防科研机构,主编现行消防救援领域中近50%的国家标准和31%

的国家工程建设消防技术标准;是应急管理领域唯一的国际标准

化组织(ISO/TC21/SC6)承担单位,拥有5个全国消防标准化技术

委员会(SAC/TC113)分技术委员会和1个中国工程建设标准化协

会(CECS)消防系统专业委员会,现有国标委委员34名,国际标

准化主席、秘书/专家15名;建有“国家消防工程技术研究中心”

和“国家固定灭火系统和耐火构件质量检验检测中心”2个国家级

创新平台和近15万m2的两个大型综合性消防试验基地,拥有国际

一流科研设施设备31台(套),火灾科研试验能力与美国UL、FM、

英国BSI等国际顶尖消防科研机构相媲美。研究覆盖火灾基础科

学、建筑防火、灭火剂和固定灭火系统、消防标准化、工程消防应

用、事故调查与物证鉴定、消防产品检测认证、智慧消防和信息化、

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消防科技战略等研究领域。

应急管理部天津消防研究所也是国内易燃易爆危险化学品火

灾与爆炸危险特性、涉爆粉尘防爆技术研究及应用的重要机构,是

最早在国内开展气体、液体蒸气和固体火灾与爆炸危险性的研究

与防治技术应用的单位,拥有可燃气体/可燃粉尘爆炸极限、燃烧

速度、极限氧浓度、爆炸压力及爆炸压力上升速度、绝热加速量热

仪ARC等30余台系列成套危险性测试及研究设备以及国家权威的

泄漏火灾爆炸模拟技术软件。先后主编了GB/T37241《惰化防爆

指南》、GB/T38301《可燃气体或蒸气极限氧浓度测定方法》、GB

5908《石油储罐阻火器》、GB/T12474《空气中可燃气体爆炸极

限测定》、GB/T803《空气中可燃气体爆炸指数测定方法》、GB/T

5332《可燃液体和气体引燃温度试验方法》、GB/T25207《火灾试

验表面制品的实体房间火试验方法》、GB/T16172《建筑材料热

释放速率试验方法》、GA/T536《易燃易爆危险品火灾危险性分级

及试验方法》和GB/TXXXX《高温高压条件下可燃气体(蒸气)爆

炸极限测定》等10多项相关国家标准。应急管理部天津消防研究

在可燃气体/可燃粉尘火灾爆炸危险性测定及事故调查研究方面

形成了多个由创新能力强、专业知识扎实、实践经验丰富的科技人

员组成的研究团队,为本标准的制定工作提供了充实的人才储备。

2.参编单位概况

东北大学工业爆炸及防护研究所是集工业防爆应用技术研究、

防爆设计、产品开发等为一体的科研实体,是我国最早的从事工厂

粉尘爆炸防护技术研究的研究所。它以东北大学的科研人员为依

托,拥有一批长期从事爆炸防护技术开发、研究的高中级技术人

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员。已完成了六十余项和省部级粉尘、气体防爆科研课题以及工厂

服务项目,主要研究领域包括气体/粉尘爆炸性测试设备设计及制

造、粉尘/气体爆炸性参数测定及研究、防爆规程与标准的制定、

工业生产过程防爆设计及改造粉尘、非电器防爆设备测试与研制

等。

中国安全生产科学研究院是应急管理部直属的综合性和社会

公益性科研事业单位。以开展安全领域基础性、综合性、前瞻性科

学研究和解决重大事故预防、监控、预警和应急救援等重大技术关

键问题为主要方向;为政府安全生产监管工作提供全面支撑,为企

业安全生产、职业健康、应急管理和重点工程项目安全提供技术服

务,开展安全科学技术学术交流,培养安全生产领域优秀人才。

天津理工大学环境科学与安全工程学院的安全工程专业入选

国家级一流本科专业建设点、天津市特色应用型专业、天津市首批

品牌专业、天津市“卓越工程师教育培养计划”,建设有防火防爆

实验室和职业卫生实验室,可开展空气中粉尘粒子数测量、气溶胶

易燃性、易燃固体燃烧速度、燃烧热、物质闪点、燃点、热重分析

等危险特性研究。曾在国家自然科学基金委以及天津市科委的资

助下,开展开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究、抑制粉尘的胶体

泡沫及其应用装备技术研究、防治煤储运中粉尘的泡沫溶胶及单

动力发泡装备的特性研究以及高性能环保型胶体泡沫及其单动力

制备装置的应急救援灭火系统等研究。

中钢集团武汉安全环保研究院有限公司是冶金行业唯一从事

职业安全健康和环境保护技术研发时间最早和综合实力突出的高

新技术企业,是全国粉尘防爆分技术委员会秘书处依托单位,负责

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修订了GB15577《粉尘防爆安全规程》、GB32276《纺织工业粉尘

防爆安全规程》、GB16543《高炉喷吹烟煤系统粉尘防爆安全规程》、

GB16423《金属非金属矿山安全规程》、工贸行业重大生产安全事

故隐患判定标准(2017版)》等多项粉尘防爆国家标准及政策文

件,拥有6个国家及省部级实验室和研发平台,先后获得安全环

保关键技术成果600余项,获得国家发明奖、科技进步奖260余

项,获得专利授权150余项。

上海化工研究院有限公司是一个集多学科为一体的综合性化

工研究开发、工程应用的国家级高新技术企业。公司拥有国家火炬

计划重点高新技术企业,国家认定企业技术中心,国家技术创新示

范企业,国家创新型企业,国家知识产权优势企业等多项荣誉资

质,主要从事新材料、新能源、新装备的研究开发和行业服务,坚

持科研发展和产业服务相结合,支持新型产业发展和传统产业技

术提升,服务于先进材料、公共安全、节能环保等领域。工业安全

与防爆涵盖粉尘的可爆性筛选试验、敏感性测试、爆炸威力测试、

极限测试以及静电特性。使用瑞士进口的专用设备,按照全球不同

地区的防爆标准(ASTM/BSEN/VDI/ISO/GB),为防爆设计、危险

性评估提供精准的测试结果,是目前国内唯一一家通过国际认证

比对的粉尘爆炸检测实验室。

(三)主要工作过程

本标准的编制过程主要分为资料收集分析阶段、标准征求意

见稿编制阶段等。各阶段主要工作过程分述如下:

1.前期准备

2017年初至2017年底,标准编制组开展文献资料和标准调

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研,梳理了关于粉尘自燃的国内外相关标准规范,并对典型应用场

所,如电力、煤化工、钢铁、水泥等行业的制粉系统,以及用于石

油化工、塑料、制药、农药等可燃粉尘或混合物爆炸性环境的自燃

粉尘等开展了现场调研和资料文献收集分析。

(1)国内外相关标准规范要求

国内涉及自燃的标准主要有DL/T1712-2017《火力发电厂煤

的自燃倾向特性测定方法》、GBT21850-2008《化工产品固体和

液体自燃性的确定》、GBT21612-2008《危险品易燃固体自热试

验方法》和AQ/T1068-2008《煤自燃倾向性的氧化动力学测定方

法》等。

GB/T21850-2008《化工产品固体和液体自燃性的确定》等

同采用NFT20-039:1985,由全国危险化学品管理标准化技术委员

会SAC/TC251提出并归口,适用于固体、液体及粉末化工产品在

常温下与空气短时间接触后自燃性确定,粉末采用1m高处坠落到

不可燃平面5min中有无火焰判定。与本标准堆积粉尘自燃温度测

定方法完全不同。

GB/T21612-2008《危险品易燃固体自热试验方法》,对应

于联合国《关于危险货物运输的建议书规章范本》和《关于危险

货物运输的建议书试验和标准手册》,由全国危险化学品管理标

准化技术委员会SAC/TC251提出并归口,适用于危险品易燃固体

自热试验分类测定方法。该标准中的“易燃固体”是易于燃烧的固

体或摩擦可能起火的固体,不同于本标准制定试验方法适用对象

堆积粉尘的自燃温度。

AQ/T1068-2008《煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法》是

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通过测试在程序升温条件下煤样温度达到70℃时煤样罐出口氧气

浓度和之后的交叉点温度,得出煤自燃倾向性的判定指数,根据该

指数对煤自燃倾向性进行分类,划分为容易自燃、自燃和不易自燃

三类。该标准规定了煤自燃倾向性的氧化动力学测定方法,表征常

温下氧化能力的内在属性,不同于堆积粉尘自燃温度的测定实验

方法。

国外关于堆积粉尘自燃的相关标准规范主要有EN15188-

2007(Determinationofthespontaneousignitionbehaviour

ofdustaccumulations)、VDI2263Part1-1990(Testmethods

forthedeterminationofthesafetycharacteristicof

dusts)。欧盟标准EN15188主要规定了可燃粉尘或微小颗粒状

物质自燃温度的分析和评估程序,给出了恒温箱热储量实验堆积

体积量的测定自燃温度的方法,包括测试装置和结果评估分析。测

定方式适用于体积表面积比率对数[lg(V/A)]与自燃温度倒数

[1/TSI]呈线性关系的固体物质。VDI2263.1给出了少量样品快速

测试设备G炉和热储存测试法确定粉尘的自燃温度的方法,热储

存测试法要求试样恒温储存在自然对流的烘箱内,空气流速

100L/h,进行系列试样测试,主要变化参数如下:试样容积Vt,试

样表面积At,储存温度T0,停留时间t。

(2)编制组工作会议

原公安部天津消防研究所会同各参编单位于2017年12月初

形成标准文本草案,明确了编制要点及分工,讨论并确定了工作进

度计划。同年12月8日在无锡进行立项评审,专家一致同意标准

立项(粉爆标委字[2017]13号)。

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2.标准立项情况

2018年12月国家标准化管理委员会下达了该标准立项通知

(国标委发[2018]83号),编号为20184831-T-450。随着公安部

消防职能整体转隶应急管理部,2018年10月公安部天津消防研究

所正式更名为应急管理部天津消防研究所,2019年9月应急管理

部天津消防研究所与标准管理部门全国安全生产标准化技术委员

会粉尘防爆分技术委员会正式签订标准任务书。期间,标准编制组

形成标准征求意见稿初稿。

3.标准征求意见稿编制阶段

按照粉尘防爆标委会要求,标准编制组形成了标准征求意见

稿初稿,并多次与编制单位内部交流研讨,形成标准征求意见稿及

编制说明,并上报粉尘防爆标委会秘书处。采取专家和技术委员征

求意见方式,发送《征求意见稿》的单位或人数28个;收到《征

求意见稿》后,回函的单位或人数2个,形成修改意见5条,均

为采纳。

4.标准征求意见

2018年12月12日,征求意见稿审查会(粉爆标委字[2018]12

号)在成都召开,与会专家及标委会委员对提交的征求意见稿文本

进行审查并提出了修改建议和意见,如调整标准的层次结构和附

录内容,修改具体条款的表述方式等。会后,标准编制组按照粉尘

防爆标委会征求意见稿审查意见,针对标准的层次结构和附录内

容进行调整,同时结合开展的大量堆积粉尘验证试验、多次内部讨

论及征求意见,对具体条款的表述方式进行斟酌修改,同时按照新

修订的《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规

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则》(GB/T1.1-2020)对标准的格式进行了调整。

2022年5月按照粉爆标委会秘书处要求,应急管理部天津消

防研究所联合参编单位对标准再次进行修改完善,按GB/T1.1-

2020有关要求进一步规范标准的封面、前言、规范性引导语、标

准引用、条文列项等内容。

2023年2月标准编制组召开标准研讨审查会,对标准格式和

内容进行审查,进一步完善了标准相关材料及文件。

(四)标准主要起草人及其所做的工作

标准编制组自成立以来,各位成员本着严谨、科学的态度认真

完成了标准的各项任务,标准主要起草人认真研究了国内外相关

标准的测试技术、测试设备及测定方法,提出了标准涉及的主要技

术内容,标准编制组进行了认真的调研、分析和讨论,并开展了大

量的试验验证工作。

1.主要起草单位工作

标准项目的负责人,全面负责标准的立项、实施,主持、实施

标准项目实地调研及项目工作会议,起草标准征求意见稿、送审稿

及其编制说明等相关文本。

本标准起草单位应急管理部天津消防研究所标准编制组成员,

完成主要工作有:

(1)协助主持该标准项目的研究及组织实施过程;

(2)负责技术信息收集整理工作、标准征求意见稿初稿文本

的起草;

(3)完成标准征求意见稿的意见汇总、处理,形成征求意见

汇总处理表等;

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(4)起草、修改、完成标准征求意见稿、送审稿、报批稿,

编写标准的编制说明。

2.各参编单位工作

负责提供标准编制内容的要点、提纲。协助安排、实施标准项

目组人员的实地调研工作。组织、落实与调研地相关单位座谈会,

协助收集、整理调研地相关单位提供的技术资料等。参与标准编制

过程中每一稿的审阅、修改。负责标准征求意见稿、送审稿及其编

制说明的审阅、修改及补充。协助标准项目工作会议及研讨。

主要起草人的工作表

姓名工作单位主要贡献

标准第一起草人,全面负责标准的立项、实施,主

应急管理部持标准项目实地调研及项目工作会议,起草标准征

任常兴

天津消防研究所求意见稿、送审稿及其编制说明等相关文本,开展

标准试验验证分析。

参与项目总体实施方案的确定,负责前期调研、试

应急管理部

张欣验方案制定、试验验证及实体验证等工作,编写标

天津消防研究所

准文本。

应急管理部参与项目总体实施方案的确定,负责试验方案制定、

张琰

天津消防研究所试验验证及数据分析等工作。

应急管理部参与项目总体实施方案的确定,负责测试设备技术

李晋

天津消防研究所要求及测定结果判定分析等工作。

负责国外标准文献、试验设备技术要求及验证、试

钟圣俊东北大学

验方案制定等工作。

中国安全生产科学参与项目总体实施方案的确定,负责测定方法技术

陈思凝

研究院要求、自燃温度指标判定、试验对比分析等工作。

天津理工大学环境参与前期调研、试验方案制定、试验测试及结果分

王丽

科学与安全工程学院析等工作。

中钢集团武汉安全参与前期调研、事故案例分析及标准文本校对等工

吴晓煜

环保研究院有限公司作。

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姓名工作单位主要贡献

上海化工研究院参与项目总体实施方案的确定,负责测试数据对比

肖秋平

有限公司分析等工作。

中钢集团武汉安全参与前期调研、标准文本审查及标准资料整理等工

胡维西

环保研究院有限公司作。

二、标准编制原则和确定标准主要技术内容的论据

(一)标准编制原则

为了适应国家标准化管理工作的需要,本标准的工作组遵循

GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构

和起草规则》、GB/T20001.4-2015《标准编写规则—第4部分:试

验方法标准等系列国家标准的要求,完成本标准的制定工作。

本标准在编制过程中,从术语、测试装置、样品预处理、测试

步骤、数据处理及实验报告等多方面入手,进行了广泛深入的文献

调研和实验分析,引进吸收德国VID2263.1、欧盟EN15188等关于

堆积粉尘自燃的测定方法,结合我国相关实验测定方法融入本标

准相应条款。

(二)确定标准主要技术内容的论据

1.标准名称

参考国外堆积粉尘自燃相关标准,确定为“堆积粉尘自燃温度

测定方法”。

2.标准的目的及适用对象

堆积可燃粉尘自燃温度测定方法能够表征可燃粉尘的自燃特

性,实验测定粉尘自燃温度与粉尘堆积时间长短、体积大小、形状

差异等影响因素关系,有助于预防和消除粉尘自燃引火源。同时,

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也补充和完善了我国可燃粉尘燃爆参数测定方法体系。

本标准给出了可燃粉尘或细小颗粒状物质自燃温度的堆积体

积量法测定方法。本标准适用于体积表面积比率对数与自燃温度

倒数呈线性关系的粉尘。

本标准不适用于内部通风状态下粉尘层或散装固体的引燃,

如流化床干燥等。本标准不适用于火炸药、烟花爆竹、发火物质及

其它不需要助燃气体能自身发生着火或爆炸的粉尘。

3.标准框架及条款说明

(1)标准框架

本标准内容共有8章,给出了本标准的适用范围,规范性引

用文件、术语和定义、试验原理、试验装置、测定试样预处理、测

定方法(试验步骤、结果判定、热电偶校准)及测试报告等。

(2)关于术语

1)可燃性粉尘,combustibledust

标准征求意见稿中术语“可燃性粉尘”定义为“标称尺寸500

μm及以下,在标准大气压力和温度下可能与空气形成爆炸性混合

物的微小固体颗粒。”该定义源自GB/T3836.12-2019/ISO/IEC

80079-20-2:2016的3.1条。

标准征求意见稿评审会上与会专家就此术语展开讨论,一致

认为本试验方法标准中的可燃性粉尘应为粉尘防爆安全规程中所

指可燃性粉尘,最终给出修改意见:可燃性粉尘定义应依据《粉尘

防爆安全规程》。标准编制组针对此条意见,修改了术语“可燃性

粉尘”,增加了规范性引用文件《粉尘防爆安全规程》(GB15577)。

12

2)自燃温度,TSI,spontaneousignitiontemperature

自燃温度是指在本文件规定的试验条件下,给定体积量的粉

尘发生自燃的最低温度,单位为摄氏度(℃)。自燃反应是否达到

很高的温度,取决于反应系统的体积/表面积比、环境温度和储存

时间等因素,这种高温能导致爆炸性环境点燃,也能造成阴燃或燃

烧。

任何可能的情况下,应避免具有自燃倾向的物质,可采取下列

保护措施:惰化、稳定化、改善散热,如将物质分成小份;限定温

度和压力、低温储存和限定滞留时间等。

GB/T21850定义“自燃”spontaneouscombustion,在正常

条件下无触发而产生火焰。是常温下,将样品与空气接触5min内

观察是否有火焰产生。

3)烘箱温度oventemperature

烘箱内壁和试样容器外壁中间位置处的两支热电偶测得温度

的算术平均值,单位为℃。

4)试样温度sampletemperature

热电偶测定粉尘试样中心的温度,单位为℃。

5)诱导时间inductiontime

粉尘试样达到烘箱温度的时刻到发生引燃所需要的时间,h。

(3)关于试验原理

将可燃性粉尘放置在已预热的烘箱内进行引燃,确定选定体

积量的堆积粉尘不被引燃的最高温度。本方法适用于体积表面积

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比率对数与自燃温度倒数呈线性关系的粉尘。

(4)关于试验装置

试验装置包括烘箱、试样容器和测试系统等,见图1。试样容

器主要用于盛装测试堆积粉尘试样,由不锈钢丝网构成,上部开

口。丝网空隙大小应保证粉尘不会掉落,也不能阻碍箱体内的氧气

进入试样内部。推荐使用长径比为1的圆柱体。试样容器可按10

mL体积量级别梯度准备,最大的试样容器容积不得小于1L。若粉

尘量较少,可以采用容积小的试样容器,但必须保证选取容器系列

至少以2倍的容积递增。粉尘堆积量需要具体设定,通常使用容

积为400mL或1000mL的堆积粉尘测定自燃温度来对比不同测定

设备。

烘箱是主要的加热及恒温设备,内壁为不锈钢材质,内壁和外

壳之间设有保温层,能够实现恒温、程序升温两种方式,可控温度

范围为室温至350℃,控温精度为±1%FS,可通过设定参数,对气

体流量、控温方式及湿度等条件进行控制。烘箱底部应设有通气

口,顶部有出气口。烘箱内容积不低于120L,确保内腔可以放入,

且可以方便布置热电偶及热交换铜管。

测温及数据采集系统测温热电偶的精度的表述按照标准评审

会专家意见修改为“测量试样和烘箱温度的热电偶应采用精度不

低于II级,外径不大于1mm的热电偶。”

数据采集系统应实时采集测试试样几何中心温度和试样所处

烘箱的内部温度。

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标引序号说明:

1——烘箱;

2——内腔(约50L);

3——空气出口,直径10mm;

4——烘箱温度测定热电偶;

5——试样温度热电偶;

6——圆柱形试样容器;

7——导流板;

8——空气入口(可调节流量的预热空气),直径8mm。

图1堆积粉尘自燃温度测定实验装置

测试试样恒温储存在自然对流的烘箱内,空气流速100L/h,

15

测试系列新制试样,主要变化参数如下:试样容积V,试样表面积

A,储存温度T0,诱导时间t。

测试过程中空气入口和出口应保持开启,其之间气流通道畅

通,测试试样恒温储存在自然对流的烘箱内,空气流速宜为(100-

120)L/h,主要为模拟自然对流状态。空气流速数据来源德国标准

VDI2263.1关于自燃温度的测定要求。

(5)关于试验步骤

标准评审会与会专家对试样容器填充粉尘试样的步骤表述

“试样容器填充粉尘试样后应多次敲击墩实”展开讨论,一致认为

不宜采用限定词“多次敲击”,按照审查意见,对该条款的表述修

改为“7.1.2试样容器填充粉尘试样后应墩实,去除多余粉尘,

放置在已预热的烘箱中间”。

依据《标准编写规则第4部分试验方法标准》GB/T20001.4-

2015第6.2条,所测试的样品、试剂或试验步骤,如对健康或环

境可能有危险或可能造成伤害,应指明所需的注意事项,以引起试

验方法标准使用者的警惕。标准原7.1条“防护措施”属于试验步

骤所固有的,应在“试验步骤”的开始给出。因此,去掉7.1条,

将该内容改为“警示”,采用黑体字,后续条款依次做出编号的修

改。

(6)关于自燃的判定原则

VDI2263规定通常试样温度高于烘箱设定温度被列入自燃。

若测试试样超过400℃,自燃发生,将不能引发自燃的最高烘箱设

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定温度确定为堆积粉尘的自燃温度。EN15188规定出现下列任何

一种状态,即可判定自燃现象出现:1)试样温度至少高于烘箱设

定温度60℃(≥60℃);2)试样温度出现拐点,且高于烘箱设定

温度。经分析研究,结合试验测试验证情况,确定出现下列任何一

种状态,即可判定发生自燃现象:1)试样中心温度至少高于烘箱

温度60℃;2)试样中心温度出现拐点,且高于烘箱温度;3)观

察试样表面产生明火。

(三)主要试验、验证结果及分析

1.堆积粉尘自燃温度实验装置研制

按计划开展堆积粉尘自燃温度测定实验装置研制,设计完成

实验装置具体实施方案和加工草图,委托企业进行加工生产。经过

机械加工,安装测试系统和加热及恒温设备,编译操作和显示系

统,各系统调试和整机调试等环节,研制完成堆积粉尘自燃温度实

验装置,见图2。

图2堆积粉尘自燃温度测定实验装置

2.开展试验及分析

17

试验测定了褐煤(D50=35.28μm)和木屑的自燃温度。

(1)褐煤自燃温度测定

开展体积分别为40mL、250mL和1000mL堆积褐煤的自燃温度

试验,测定曲线分别见图3、图4和图5。

图340mL堆积褐煤自燃温度测定曲线

图4250mL堆积褐煤自燃温度测定曲线

18

1000ml-160℃

3001000ml-175℃

1000ml-180℃

温度/℃250

200

150

100

50

0

050100150200250300350

时间/min

图51000mL堆积褐煤自燃温度测定曲线

试验测定分析,40mL堆积粉尘的自燃温度为205℃,250mL堆

积粉尘的自燃温度为185℃,1000mL堆积粉尘的自燃温度为170℃。

褐煤自燃温度倒数与堆积体积量变化见图6。

250℃℃150℃100℃

1100200

1000

BlackCoal

900

)800

3

700

600

500

400

300

TestvesselvolumeTest(cm200

100

0.00180.00200.00220.00240.00260.0028

1/T(1/K)

SI

图6褐煤自燃温度倒数与堆积体积量曲线

依据阿伦尼乌斯方程,堆积褐煤的自燃温度拟合曲线见图7。

堆积褐煤自燃温度倒数与体积表面积比对数的拟合方程为

Y1=2766.25951X-8.04983。其中,Y1---log(V/A),V是堆积粉尘体

19

32

积,单位是m,A是堆积粉尘表面积,单位是m。X---1/Tst自燃温

度的倒数,温度单位为K。

30025020015010050℃

1

1000m3

0

100m3

3

Y10m

1m3

-1

100dm3

10dm3

1dm3

-2

100cm3

10cm3

1cm3

-3

0.001890.002100.002310.002520.002730.002940.00315

X

图7堆积褐煤的阿伦尼乌斯曲线

(2)木屑自燃温度测定

开展体积分别为40mL和250mL堆积木屑自燃温度测试试验,

40mL堆积木屑开展了预设温度为150℃、180℃、195℃、200℃、

205℃、210℃、240℃七个实验,其中预设温度为150℃、180℃、

195℃、200℃的四个实验堆积木屑未发生自燃,预设温度为205℃、

210℃、240℃三个堆积木屑实验发生着火。250mL堆积木屑进行了

预设温度为185℃、190℃、195℃三个实验,其中预设温度为185℃

的实验堆积木屑未发生自燃,预设温度为190℃、195℃两个堆积

木屑实验发生着火。

试验测定分析,40mL和250mL堆积木屑自燃温度分别为205℃,

190℃。

20

40ml-195℃

35040ml-200℃

40ml-205℃

40ml-210℃

300

温度/℃

250

200

150

100

50

0

020406080

时间/min

图840mL堆积木屑自燃温度测定

250ml-预设185℃

350250ml-预设190℃

250ml-预设195℃

温度/℃300

250

200

150

100

50

0

020406080100120140160

时间/min

图9250mL堆积木屑自燃温度测定

21

30025020015010050℃

0

100m3

10m3

1m3

Y-1

100dm3

10dm3

1dm3

-2

100cm3

10cm3

1cm3

-3

0.001860.002170.002480.002790.00310

X

图10堆积木粉的阿伦尼乌斯曲线

(3)铝粉自燃温度测试分析

东北大学葛双优、李刚教授等搭建了抛光铝粉自燃实验平台,

抛光铝粉堆积在立方体金属网篮中,网篮底部置于水槽中,网篮与

水槽整体放入恒温箱,用热电偶监测抛光铝粉温度。最终在70℃

的环境温度下,经过22小时55分钟,抛光铝粉发生自燃,自燃

过程分为诱导、着火延滞和铝粉燃烧三个阶段。

恒温箱的尺寸为300mm×300mm×300mm,不锈钢内胆,外加

石棉保温层,箱体正前方开门,箱体上部设有通风孔,与外界进行

气体交换,恒温箱通过一铠装热电偶监测箱内环境温度,并以热电

偶温度为准调节环境温度至设置的温度。将装有抛光铝粉的不锈

钢网篮放入水槽中,水深2cm,即有2cm厚的铝粉浸没在水中,

水可通过网篮缝隙渗入抛光铝粉中,实验用水为自来水。实验从开

始到抛光铝粉发生自燃,共历时21小时零27分钟,全程温度曲

22

线见图11。

图11恒温箱内试验环境

图12抛光铝粉温度曲线

试验结果表明:

1)抛光铝粉自燃有三个必要条件:铝粉需持续受潮;要有一

定的堆积体积以及环境温度达到临界值。

2)抛光铝粉自燃可分为三个阶段:诱导期,该阶段主要包括

23

铝粉表面氧化铝的水合及氧化膜的破裂过程,历时较长。着火延滞

期,该阶段铝水开始反应放热,热量积聚使抛光铝粉温度升高,到

达临界着火温度后,并维持一段时间。抛光铝粉燃烧期,该阶段铝

粉与水、空气剧烈反应,温度上升极快,几分钟内就可达到抛光铝

粉粉尘云的最小着火温度。

3)抛光铝粉自燃的诱导期以及着火延滞期随着环境温度的

升高而缩短。

4)抛光铝粉堆积尺寸越大,自燃所需的临界环境温度越低。

(4)堆积粉尘自燃温度比较

依据文献数据,不同体积量的小麦、大麦、烟煤、木粉的自燃

温度测定值如表1所示。其自燃温度和体积量的变化趋势见下图

所示。可知,不同堆积粉尘体积量与自燃温度的拟合曲线划分为上

下两区:线下储存稳定区,线上不稳定区;线上是自燃现象发生区,

对于一定堆积体积量自燃温度越低越危险。

表1空气条件下不同堆积粉尘的自燃温度

堆积粉尘小麦粉尘大麦粉烟煤木粉木粉

体积量(dp<200μm)(dp<200μm)(dp<200μm)(dp<200μm)(dp<500μm)

(mL)℃℃℃℃℃

23206190128158206

55198182120150172

105192174116146156

207186168108140150

24

250℃200℃150℃100℃

250

WheatFlour

BarleyMalt

200BlackCoal

)Wooddust

3

150

100

TestvesselvolumeTest(cm

50

0.00180.00200.00220.00240.00260.0028

1/T(1/K)

SI

图13不同堆积粉尘体积量与自燃温度倒数曲线图

堆积可燃粉尘自燃温度测定方法能够表征可燃粉尘的自燃特

性,实验测定可以确定可燃粉尘的自燃温度,从而采取措施控制粉

尘自燃,减少或控制粉尘自燃引火源,提高爆炸性环境的安全性。

三、与国际、国外有关法律法规和标准水平的对比分析

本标准主要参考欧盟标准EN15188-Determinationofthe

spontaneousignitionbehaviourofdustaccumulations)和

德国标准VDI2263.1(Testmethodsforthedeterminationof

thesafetycharacteristicofdusts)等,结合我国的粉尘燃

爆参数测定方法体系,给出实验室条件下堆积粉尘自燃温度的测

定方法及测定装置要求,明确了自燃温度的确定及评估预测方法。

国内尚无相关标准,达到国际先进水平。

四、与现行有关法律、法规和强制性标准的关系

本标准是粉尘燃爆特性参数测定方法系列标准之一,可以很

25

好的与GB/T16425《粉尘云爆炸下限浓度测定方法》、GB/T16426

《粉尘云最大爆炸压力和最大压力上升速率测定方法》、GB/T

16427《粉尘层电阻率测定方法》、GB/T16428《粉尘云最小着火

能量测定方法》、GB/T16429《粉尘云最低着火温度测定方法》、

GB/T16430《粉尘层最低着火温度测定方法》等标准结合,形成

可燃性粉尘燃爆参数测定方法体系。

五、重大分歧意见的处理经过和依据

无。

六、标准性质建议

该标准为推荐性标准。

七、标准实施日期的建议

无。

八、标准实施的有关的措施

无。

九、废止现行有关标准的建议

无。

十、设计专利的有关说明

无。

十一、标准所涉及的产品、过程和服务目录

无。

十二、其他应予以说明的事项

无。

26

国家标准

《堆积粉尘自燃温度测定方法》

(20184831-T-450)

(征求意见稿)

编制说明

标准编制组

2023年2月

一、工作简况

(一)任务来源

近年来,可燃物质自燃导致的火灾爆炸事故呈上升趋势,如

“8.2”中荣铝粉爆炸事故,以铝粉受潮发生自热反应达到粉尘云

引燃温度判定为起始引火源。欧盟标准EN1127也把粉尘自燃作为

重要的事故引火源之一,这种自燃高温不仅可以导致爆炸性环境

被点燃,也可能引发阴燃或燃烧。从火灾年鉴统计数据来看,2006

年至2015年起火原因统计自燃起火发生56507起,占起火原因总

数的3.0%;英国HSE机构1979至1988年的粉尘爆炸事故统计数

据,自燃导致起火爆炸的占16.8%。德国联邦技术物理研究所(PTB)

重点研究可燃气体/粉尘在机械摩擦火花、粉尘焖烧团块等非电气

火花作用下着火敏感性特性;英国HSL实验室研究了自发热着火

物质对可燃气体/粉尘等爆炸危险环境的点火能量及其火源自身

特性。

堆积可燃粉尘自燃温度测定方法能够表征可燃粉尘的自燃特

性,实验测定粉尘自燃温度与粉尘堆积时间长短、体积大小、形状

差异等影响因素关系,有助于预防和消除粉尘自燃引火源。同时,

也补充和完善了我国可燃粉尘燃爆参数测定方法体系。

2018年12月国家标准化管理委员会下达了国家标准《堆积粉

尘自燃温度测定方法》立项通知(国标委发[2018]83号),编号

为20184831-T-450。本标准由全国安全生产标准化技术委员会粉

尘防爆分技术委员会(SAC/TC288/SC5)归口,主编单位为应急管

理部天津消防研究所,主要参编单位为东北大学、中国安全生产科

学研究院、天津理工大学、中钢集团武汉安全环保研究院有限公

1

司、上海化工研究院有限公司。

(二)主编参编单位情况

本标准主要起草单位为应急管理部天津消防研究所、东北大

学工业爆炸及防护研究所、中国安全生产科学研究院、天津理工大

学、中钢集团武汉安全环保研究院有限公司、上海化工研究院有限

公司等,涉及科研院所2家、高等院校2家和2家检测测试及用

户企业,均为国内从事粉尘爆炸研发和技术应用的权威企事业单

位,具有广泛的代表性。

1.主编单位概况

应急管理部天津消防研究所是应急管理部直属从事消防科学

技术研究的综合性专业研究机构,是在国内消防科研领域处于领

军地位、在国际消防界拥有较高知名度较大影响力的现代化综合

性消防科研机构,主编现行消防救援领域中近50%的国家标准和31%

的国家工程建设消防技术标准;是应急管理领域唯一的国际标准

化组织(ISO/TC21/SC6)承担单位,拥有5个全国消防标准化技术

委员会(SAC/TC113)分技术委员会和1个中国工程建设标准化协

会(CECS)消防系统专业委员会,现有国标委委员34名,国际标

准化主席、秘书/专家15名;建有“国家消防工程技术研究中心”

和“国家固定灭火系统和耐火构件质量检验检测中心”2个国家级

创新平台和近15万m2的两个大型综合性消防试验基地,拥有国际

一流科研设施设备31台(套),火灾科研试验能力与美国UL、FM、

英国BSI等国际顶尖消防科研机构相媲美。研究覆盖火灾基础科

学、建筑防火、灭火剂和固定灭火系统、消防标准化、工程消防应

用、事故调查与物证鉴定、消防产品检测认证、智慧消防和信息化、

2

消防科技战略等研究领域。

应急管理部天津消防研究所也是国内易燃易爆危险化学品火

灾与爆炸危险特性、涉爆粉尘防爆技术研究及应用的重要机构,是

最早在国内开展气体、液体蒸气和固体火灾与爆炸危险性的研究

与防治技术应用的单位,拥有可燃气体/可燃粉尘爆炸极限、燃烧

速度、极限氧浓度、爆炸压力及爆炸压力上升速度、绝热加速量热

仪ARC等30余台系列成套危险性测试及研究设备以及国家权威的

泄漏火灾爆炸模拟技术软件。先后主编了GB/T37241《惰化防爆

指南》、GB/T38301《可燃气体或蒸气极限氧浓度测定方法》、GB

5908《石油储罐阻火器》、GB/T12474《空气中可燃气体爆炸极

限测定》、GB/T803《空气中可燃气体爆炸指数测定方法》、GB/T

5332《可燃液体和气体引燃温度试验方法》、GB/T25207《火灾试

验表面制品的实体房间火试验方法》、GB/T16172《建筑材料热

释放速率试验方法》、GA/T536《易燃易爆危险品火灾危险性分级

及试验方法》和GB/TXXXX《高温高压条件下可燃气体(蒸气)爆

炸极限测定》等10多项相关国家标准。应急管理部天津消防研究

在可燃气体/可燃粉尘火灾爆炸危险性测定及事故调查研究方面

形成了多个由创新能力强、专业知识扎实、实践经验丰富的科技人

员组成的研究团队,为本标准的制定工作提供了充实的人才储备。

2.参编单位概况

东北大学工业爆炸及防护研究所是集工业防爆应用技术研究、

防爆设计、产品开发等为一体的科研实体,是我国最早的从事工厂

粉尘爆炸防护技术研究的研究所。它以东北大学的科研人员为依

托,拥有一批长期从事爆炸防护技术开发、研究的高中级技术人

3

员。已完成了六十余项和省部级粉尘、气体防爆科研课题以及工厂

服务项目,主要研究领域包括气体/粉尘爆炸性测试设备设计及制

造、粉尘/气体爆炸性参数测定及研究、防爆规程与标准的制定、

工业生产过程防爆设计及改造粉尘、非电器防爆设备测试与研制

等。

中国安全生产科学研究院是应急管理部直属的综合性和社会

公益性科研事业单位。以开展安全领域基础性、综合性、前瞻性科

学研究和解决重大事故预防、监控、预警和应急救援等重大技术关

键问题为主要方向;为政府安全生产监管工作提供全面支撑,为企

业安全生产、职业健康、应急管理和重点工程项目安全提供技术服

务,开展安全科学技术学术交流,培养安全生产领域优秀人才。

天津理工大学环境科学与安全工程学院的安全工程专业入选

国家级一流本科专业建设点、天津市特色应用型专业、天津市首批

品牌专业、天津市“卓越工程师教育培养计划”,建设有防火防爆

实验室和职业卫生实验室,可开展空气中粉尘粒子数测量、气溶胶

易燃性、易燃固体燃烧速度、燃烧热、物质闪点、燃点、热重分析

等危险特性研究。曾在国家自然科学基金委以及天津市科委的资

助下,开展开敞空间可燃气云爆炸数值模拟研究、抑制粉尘的胶体

泡沫及其应用装备技术研究、防治煤储运中粉尘的泡沫溶胶及单

动力发泡装备的特性研究以及高性能环保型胶体泡沫及其单动力

制备装置的应急救援灭火系统等研究。

中钢集团武汉安全环保研究院有限公司是冶金行业唯一从事

职业安全健康和环境保护技术研发时间最早和综合实力突出的高

新技术企业,是全国粉尘防爆分技术委员会秘书处依托单位,负责

4

修订了GB15577《粉尘防爆安全规程》、GB32276《纺织工业粉尘

防爆安全规程》、GB16543《高炉喷吹烟煤系统粉尘防爆安全规程》、

GB16423《金属非金属矿山安全规程》、工贸行业重大生产安全事

故隐患判定标准(2017版)》等多项粉尘防爆国家标准及政策文

件,拥有6个国家及省部级实验室和研发平台,先后获得安全环

保关键技术成果600余项,获得国家发明奖、科技进步奖260余

项,获得专利授权150余项。

上海化工研究院有限公司是一个集多学科为一体的综合性化

工研究开发、工程应用的国家级高新技术企业。公司拥有国家火炬

计划重点高新技术企业,国家认定企业技术中心,国家技术创新示

范企业,国家创新型企业,国家知识产权优势企业等多项荣誉资

质,主要从事新材料、新能源、新装备的研究开发和行业服务,坚

持科研发展和产业服务相结合,支持新型产业发展和传统产业技

术提升,服务于先进材料、公共安全、节能环保等领域。工业安全

与防爆涵盖粉尘的可爆性筛

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